Hình dạng của điện cực trên đƣợc dùng để định nghĩa diễn tích của một điện trở nhớ và phân biệt với các điện trở khác trên cùng một tấm silicon. Hình dạng đƣợc chọn là điện cực hình vuông với độ dài cạnh từ 200, 100, 50 tới 25µm.
Kỹ thuật đƣợc dùng ở đây có tên là “Lift-off”, lớp kim loại đƣợc dùng để phủ lên một lớp cản quang sau đó chiếu sáng để ăn mòn khu vực không đƣợc phủ lớp cản quang. Sau khi ăn mòn xong chúng ta sẽ thu đƣợc phần kim loại với hình dáng của điện cực. Hoặc một phƣơng pháp khác là kỹ thuật khắc để loại bỏ phần kim loại không cần thiết và giữ lại hình dạng của điện cực. Nếu phƣơng pháp khắc đƣợc sử dụng, chất để khắc cần phải đƣợc lựa chọn thật cản thận để chỉ phản ứng với kim loại dùng làm điện cực chứ không phản ứng với lớp TiO2 bên dƣới điện cực. Và để thiết kế một quá trình chế tạo đơn giản, kỹ thuật lift-off sẽ phù hợp hơn kỹ thuật khắc.
Thông thƣờng, lớp đế có xu hƣớng ngậm thêm vài phân tử nƣớc từ không khí ẩm. Khi chất cản quang đặt ở điện cực trên, nó sẽ hút các phân tử nƣớc và làm giảm khả năng hút nƣớc của các tấm silicon. Và kết quả là ta dễ dàng thu đƣợc vùng có dễ bị ăn mòn bởi ánh sáng. Hơn thế nữa, quá trình chiếu sáng đƣợc bắt đầu bằng việc khò khô tấm silicon để loại bỏ sự ảnh hƣởng của độ ấm tới việc tạo ra lớp cản quang trên bề mặt kim loại. Lớp để đƣợc gia nhiệt ở nhiệt độ không đổi 115oC trog 5 phút. Sau đó đƣợc làm mát ở nhiệt độ phòng 5 phút.
28
Hình 1.14: Quá trình gia nhiệt tấm silicon ở nhiệt độ 115oC trong 5 phút
Sau khi nhiệt độ tấm silicon giảm xuống, lớp đế đƣợc phủ một lớp lót Hexamethydisilazane (HMDS). Hợp chất hóa học này đƣợc phủ trực tiếp lên bề mặt của tấm silicon để bảo vệ bề mặt tấm silicon khỏi các phân tử nƣớc. HMDS đƣợc phủ bằng kỹ thuật mạ xoay. Kỹ thuật mạ xoay thực hiện với tốc độ ban đầu là 300 vòng/phút trong 5 giây để hợp chất HMDS lan rộng trên khắp bề mặt của tấm silicon. Sau đó tốc độ đƣợc tăng lên 3000 vòng/phút trong 30 giây để loại bỏ phần thừa của HMDS trên bề mặt.
Sau khi phủ HMDS, chất cản quang S1813 cũng đƣợc phủ bằng kỹ thuật mạ xoay. Nhƣng bây giờ, tốc độ ban đầu là 500 vòng/phút trong 10 giây và sau khi chất cản quang lan rộng ra khắp bề mặt tấm silicon thì tốc độ tăng lên 4000 vòng/phút trong 60 giây để loại bỏ phần cản quang thừa và thu đƣợc độ dày cản quang mong muốn.
Hình 1.15: Máy xoay với bộ điều khiển số được dùng để phủ và điều khiển độ dày của lớp lót HMDS và lớp cản quang
29 Một yếu tố khác cần xem xét trong quá trình chiếu sáng là các dung môi đƣợc dùng trong chất cản quang để làm cho chất cản quang ít nhạy với tia cực tím. Để tránh việc thừa chất dung môi làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng của chất cản quang, lớp đế đã đƣợc phủ cản quang sẽ đƣợc gia nhiệt mềm để làm bay hơi lƣợng dung môi thừa. Quá trình gia nhiệt mềm đƣợc thực hiện bằng máy gia nhiệt số dùng ở trên, lớp đế và lớp cản quang đƣợc gia nhiệt ở 115oC trong vòng 1 phút.
Quá trình quang khắc đƣợc thực hiện bằng việc chiếu tia cực tím (UV) với cƣờng độ 20mW/cm2. Do sử dụng chất cản quang âm nên vùng diện tích bị chiếu vào sẽ bị hóa cứng và vùng không tiếp xúc với tia UV sẽ đƣợc giữ nguyên. Quá trình chiếu tia UV đƣợc thực hiện thông qua một tấm phim chứa hình dạng cần đƣợc tạo ra ở điện cực trên và cả vùng cho kết nối với điện cực phía dƣới. Tấm phim sẽ đƣợc thiết kế trƣớc để tạo ra vài điện trở nhớ trên một tấm silicon 4inch.
Hình 1.16: Tấm phim được thiết kế với hình dạng điện cực trên của các điện trở nhớ mẫu.
30
Hình 1.17: Hình dạng của các con chip được dùng trong quá trình quang khắc
Hình 1.18: Các điện cực dùng cho điện trở nhớ. Các điên cực trên CD6 có độ dài cạnh là 200µm, CD5 có độ dài cạnh là 100µm, CD4 là 50µm và CD3 là 25µm
31
) )
Sau khi chuyển đổi hình dạng về điện cực trên trong tấm phim lên lớp cản quang bằng tia UV, những vùng không mong muốn sẽ đƣợc loại bỏ nhờ quá trình ăn mòn lớp cản quang. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng việc ngâm toàn bộ tấm silicon vào chất MF-319 trong khoảng 1 phút và chất này sẽ ăn mòn dần dần vùng cản quang không đƣợc bao phủ.
Khi bề mặt của chất nền chỉ chứa hình dạng của lớp cản quang âm mong muốn, điện cực trên đƣợc tạo ra bằng việc cô đọng lớp Vonfram với độ dày 10-7m theo cách tƣơng tự khi làm điện cực dƣới. Cuối cùng là ngâm tấm silicon trong dung môi PG sau khoảng 1 phút thì bắt đầu dùng sóng siêu âm để kích thích trong vòng 9 phút và ta thu đƣợc một phần tử điện trở nhớ.
Hình 1.19: (a)Tấm silicon cuối cùng chứa điện trở nhớ; (b) Hình ảnh chi tiết về điện trở nhớ
Cuối cùng, ta có thể kiếm tra các phần tử điện trở nhớ bằng các kính hiện vi với độ phóng đại từ 10 lần trở lên để chắc chắn rằng các điện cực trên của điện trở nhớ ở đúng vị trí.
Hình 1.20: Hình ảnh quan sát dưới kính hiển vi: (a) Điện cực 200µm và 100µm; (b) Điện cực 50µm và 25µm
32